CC BY
38
УДК 551.762.(470.1)
новые данные по волжским фораминиферам (восточная часть русской платформы)
С. В. Лыюров, Д. А. Бушнев, О. С. Ветошкина
Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар LSV@geo. komisc. ru
В работе представлены результаты комплексного исследования элементного состава, изотопии углерода (813Скарб) и кислорода (818Окарб) и соотношения Mg/Ca раковин фораминифер для изучения экологической специализации семейств Lagenidae и Ceratobuliminidae. Показано, что вероятной средой обитания Ceratobuliminidae была поверхность рыхлого осадка, а Lagenidae -его толща.
Ключевые слова: волжские отложения, бентосные фораминиферы, палеотемпература, 813С, 818О, элементный состав.
NEW DATA ON VOLGIAN FORAMINIFERA (EASTERN PART OF RUSSIAN PLATFORM)
S. V. Lyyurov, D. A. Boushnev, O. S. Vetoshkina
Institute of Geology, Komi SC, Ural Branch, RAS, Syktyvkar [email protected]
In this paper, results of a comprehensive study of the elemental composition, carbon (813С) and oxygen (818О) isotopes, and of the Mg/Ca ratio in tests of foraminifera of families Lagenidae and Ceratobuliminidae with the aim to find out their ecological specialization are presented. It has been shown that the probable habitat of Ceratobuliminidae was the surface of soft sediment but Lagenidae preferred to settle in the sediment.
Keywords: volgian deposits, benthic foraminifera, paleotemperature, 813С, 818О, elemental composition.
Введение
Изотопные исследования карбонатов морского генезиса имеют весьма давнюю историю [3, 8]. Развитие аналитической техники последних десятилетий даёт возможность получать данные об изотопном составе углерода и кислорода карбонатов при навеске образца менее чем 1 мг. Это предоставляет исследователям возможность активно заняться изучением изотопного состава карбонатов на материале монотак-сонных выборок фораминифер [13]. Ранее нами уже была предпринята попытка интерпретации данных по изотопии углерода и кислорода для вида Saracenaria pravoslavlevi Furs. et Pol. [1] и других [2] с использованием классических формул определения палеотемпературы морских вод [5, 9].
В данном исследовании нами проанализированы бентосные средневолжские фораминиферы Lenticulina ponderosa (Mjatl.), L. in-fravolgaensis (Furs. et Pol.), S. pra-
voslavlevi Furs. et Pol. (семейство Lagenidae) и Pseudolamarckina sp. (семейство Ceratobuliminidae), отобранные из проб на территории Восточно-Европейской платформы (рис. 1) [6]. Эти четыре таксона бен-тосных фораминифер, как с кальци-товой (L. infravolgaensis, L. ponderosa и S. pravoslavlevi), так и с арагонито-вой (Pseudolamarckina sp.) раковинами, были выбраны ввиду их практически повсеместного распространения в изучаемых отложениях.
Методика исследований
состава раковин
Раковины фораминифер исследовались на изотопном масс-спектрометре Delta VAdvantage (ThermoFisher, оператор И. В. Смолева) для определения 813C и S18O [1,2]. Изотопные данные приводятся нами относительно V-PDB, %о. Другие раковины из тех же проб поступали на сканирующую электронную ми-
кроскопию и микрозондовыи анализ (JSM-6400 - JEOL и TESCAN VEGA3 & Oxford Instruments X-Max & Oxford Instruments Nordlis; операторы В. Н. Филиппов и С. С. Шевчук) с целью изучения элементного состава раковин фораминифер и элементов-примесей в них.
Результаты и их обсуждение
Нами были изучены несколько десятков раковин волжских (J3v) фораминифер на значительной площади распространения верхнеюрских отложений Русской платформы (РП) (рис. 1, 2, таблица). Все они были отобраны как из сланценосных (высокоуглеродистых) отложений, так и из пород, в которых содержание Сорг было незначительным. Волжские отложения на территории восточной части РП, как правило, выполнены двумя основными типами разрезов.
1. Глинистые толщи с пластами и слоями горючих сланцев (ГС), вы-
Рис. 1. Палеогеографическая схема позднеюрских отложений (13у2) и карта фактического материала (точки наблюдения)
по Е. В. Щепетовой [7] с изменениями авторов: 1 — скв. Шапкина-79*; 2 — скв. Колва-Вис-247**; 3 — скв. Кипиево-1*, 4 — скв. Вельск-10**; 5 — обн. Вашка-1**; 6 — обн. Городище*; 7 — обн. Лойно**; 8 — скв. Пеша-234**; 9 — скв. Сысола-14*; 10 — обн. П. Пижма**; 11 —обн. Б. Восим*; 12 — обн. Ыб*; 13 — обн. Визинга*; 14 — обн. Айюва*; 15 — обн. Важью*; 16 — обн. Вашка-2**; 17 — скв. 24-Пожег*; 18 — обн. Синегорье**; 19 — обн. Кашпир*; 20 — скв. Усть-
Цильма-1**; 21 — скв. Колва-13**; 22 — скв. Сысола-28** * — тип разреза 1; ** — тип разреза 2
Рис. 2. Фораминиферы с точками опробования (8) на элементный состав: А, В — т. н. Городище (6 на рис. 1); С — т. н. Печорская Пижма (10 на рис. 1); Э — скв. 10/41.5 м (4 на рис. 1)
Результаты изотопного анализа углерода и кислорода форамииифер
Образец S13CPnR, %о s18oPnR, % Лойно 19/14 (1в( -1 . 1 -3 . 9
Saracenaria pravoslavlevi (Furs, et Pol.) Пеша319/13/ (1а( 1 . 3 -3 . /
Вельск 10/38,9 -0.2 -1.1 Пеша 319/13/ (1б( -1 . 3 -3 . /
Кашпир 40/80а -1.7 -4.0 Сысола 19/11 (1а( -1 . 4 -3 .1
Кашпир 40/80б -2.0 -4.2 Сысола 19/11 (1б( 1 . 4 -3 . 1
Вашка 311/035 -0.6 -1.7 Пижма 91/1 (1а( -1.3 -4 . 1
Вашка 319036 (1) 0 -1.6 Пижма SU/1 (1б( 1. 19 -1. 1
Вашка 31196036) (2) -0.8 -1.6 Lenticulina infmvrlgsensis (Furs. et Pot.)
Бол. Восим 31/81 0.2 -1.4 БВ 32-31 (1( —1. 3 -1. 5
Усть-Цильма 1/21 (1) 0.2 -3.7 БВ 3В-31 (1( -3 .1 -1. 5
Усть-Цильма 1/21 (2) 0.1 -3.8 Городище 1/11 (2( 1 . 3 -3 . 3
Усть-Цильма 1/30 0.6 -3.8 Лойно (1а) -1 . 1 -1. 1
Кипиево 1/40 -1.2 -1.7 Лойно н1б( -1.9 -1.4
Пеша 2234/133,5 -0.2 -1.8 Лойно н3( -1 .1 -1.1
Сысола 14/16 -0.8 -1.9 Ыб (1а( -1 . 9 -3.4
Колва 13/4124 1.1 -2.5 Ыб (1б( -1.1 -1.4
Сылсола 28/20,6 -0.1 -1.7 Визинга Р5(1а( -1 . / -1.1
Лойно34/8 0.0 -1.1 Визинга Р5 (1б( -5 . 3 -3.3
Айюва 6/6 -3.0 -5.4 Визинга Р5 (1в( -4. / -1.1
Бол. Вос им 30/81 0.7 -1.9 Сысола 19/33 (1а( -1.1 -1.1
Печ. Пижма 19/1 -0.3 -4.9 Сысола 19/33 (1б( -3 . 3 -9.1
Печ. Пижма 39/2 -0.1 -4.9 Аиюва 4/4 (1( -1. / -9.9
Городище 1/10 (1) -3.4 -3.3 Аиюва 4/4 (3( -3 .1 -5.3
Городище 1/10 (2) -3.0 -3.3 Важью 1(1)3 (3( -1.4 -1.3
Визинга (Ляпашор (1)) 0.1 -3.7 Вашка ИЮ^^ 1 .191 -1.9
Визинга (Ляпашор(2)) -4.0 -2.9 Вапгка 11 9114(26 -1 . 3 -3.3
Визинга P5/1 -0.5 -6.7 Колвавис 31-39/(1) -1 . 9 -9.3
Синегорье 6/6) (1) -10.4 -3.4 Колвавис 31-39/(27( -1 . 1 -1.5
Синегорье 6/6) (2) -8.1 -7.4 Колвавис 31-39/(2) -1 . 5 -1.9
Lenticulina ponderosa (Mjatl.) PseudolamarcMna aff. potonica -c Pseudolamarctína sp.
Шапкино ^Ю/Ю^а) -0.2 -1.7 Кипиево 1/93 (3( 9.9 -1.4
Шапкино ^-Ю/Ю^б) -0.4 -2.0 Кипиево 1/93 (3( 9 . 5 3.1
Шапкино ^-Ю/Ю^в) -0.2 -1.4 Сысола 191/14,1 (1( 3 . 1 -1.9
Шапкино ^-Ю/Ю^г) -0.6 -1.7 Сысола 191/14,1 (1( 3 . 1 -1.1
Колвавис 19-2247 (1а) 0.2 -1.8 БВ 3В-31 (3( 3 . 5 -3.9
Колвавис 19-247 (1б) 0.5 -2.3 БВ 3В-31 (1( 3 . 3 -3.1
Колвав ис 19-247(1в) 0.2 -2.1 Сысола 191/14,1 (3( 3 .3 -1.3
Кипиево 1/19 (1) -0.8 -5.4 Городище 1/9 (1( 3 . 1 -3.1
Кипиево 1/19 (1) 0.2 -5.8 Городище 1/9 (3( 3 . 1 -1.4
Кипиево 1/19 (1) 0.4 -5.4 Городище 1/11 (1( 3 . 1 -3.1
Вельск 10/41,5 (1) 0.03 -2.8 Городище 1/11 (1( 3 .9 -3.3
Вельск 10/41,5 (1) 0.4 -2.6 Городище 1/11 (3( 3 .1 -3.1
Вашка 314036(1) 0.04 -1.9 Пожег 39/35,3 (1( 3 . 5 -3.3
Вашка 314036 (1) -0.2 -2.2 Пожег 39/35,3 (1( 3 . / -1.9
Городище 1/13 (1а) -1.9 -3.1 Пожег 39/35,3 (1( 3 . 5 -3.9
Городище 1/13 (1б) -2.5 -2.0 Синегорье 4/4 (1( -11.9 -1.9
Лойно 14/14(1а) 0.1 -3.6 Синегорье 4/4 (3( -3 .1 -4.1
Лойно 19/14 (1б) -0.3 -2.6 Визинга Р5 (1( -1 . 5 -4./
сокоуглеродистых (или, как их еще обозначают, «керогенсодержащих») глин, разделяемых глинистыми отложениями с незначительной примесью Сорг или при полном его отсутствии. Точки наблюдения, представленные такими разрезами, отмечены в условных обозначениях к рис. 1 под звездочкой (*). Как правило, в углеродистых отложениях макрофауна представлена отпечатками перламутрового слоя, а микрофауна незначительна. Здесь же, между пластами ГС и/или в прослоях глин, обычно встречаются L. infravolgaensis (Furs. et Pol.), S. pravoslavlevi Furs. et Pol. и др.
2. Карбонатно-глинистые толщи с пластами и слоями карбонатных глин и мергелей, которые обычно характеризуются большей мощностью и более стабильны по литологи-ческому составу, на рис.1 отмечены двумя звездочками (**). Такие разрезы, как правило, не содержат битуминозных пород, или их число незначительно. Наиболее богаты остатками микро- и макрофоссилий в таких разрезах тонко-дисперсные карбонатно-глинистые прослои. Здесь, выше «сланценосной толщи», или разреза первого типа, встречаются L. ponderosa (Mjatl.). В подстилающих отложениях (J3km2-v1-2) от-
мечается Pseudolamarckina sp., который в сланценосных и надсланцевых отложениях не встречается. Первые два таксона (L. infravolgaensis (Furs. et Pol.) и S. pravoslavlevi Furs. et Pol.) отмечаются практически повсеместно в обоих типах разрезов.
Ранее нами были представлены результаты исследований изотопного состава раковин S. pravoslav-levi из северо-восточной части РП. Анализ полученных данных с точки зрения оценки палеотемператур и с учётом хорошо известных зависимостей S18O от температуры позволил предположительно оценить температурный режим средневолжского
ВестНик ИГ Коми НЦ УрО РАН, октябрь, 2014 г., № 10
Рис. 3. Диаграмма 5180 от 813С исследованных раковин фораминифер. Крупные значки — медианы для соответствующих таксонов
бассейна нашего региона [2]. С появлением новых результатов исследований фораминифер, большим объемом фактического материала и увеличением количества таксонов была выявлена более сложная картина распределения изотопов углерода и кислорода в индивидуальных раковинах (рис. 3).
Результаты по изотопии верхнемеловых фораминифер Танзании [13] свидетельствуют о том, что бен-тосные (как в нашем случае) фо-раминиферы очень чувствительны к изменениям среды обитания. Фораминиферы, принадлежащие к разным семействам, занимали свои обособленные экологически ниши на дне палеоводоема, и способы их питания (и их источники) различались. В отличие от результатов, полученных в одной точке [13], площадь территории наших исследований намного больше (рис. 1). Протяженность от крайней северной до крайней южной точки более 1000 км. Так, по данным [5], разброс 513С и 518O как для планктонных, так и для бентосных форм фораминифер весьма невелик (менее 0.2 %о). Там же указано, что Lagenidae (конкретно Leniculina), наиболее приспособлены к широким изменениям к условиям среды обитания. В нашем случае средние показатели меняются в более широком диапазоне. Так, средние значения 513С и 518O (V-PDB) соответственно составляют: для L. ponderosa -0.2 и -2.8 %, для L. infravolgaensis -2.1 и -3.6 %, для S. pravoslavlevi —1.5 и -3.1 % и для Pseudolamarckina sp. от +2.7 до -1.6 %.
Для оценки средних значений 513C и 518O мы использовали медианы полученных совокупностей данных (рис. 3). Медианные значения 518O для карбоната Pseudolamarckina sp., L. ponderosa и S. pravoslavlevi идентичны при существенно более тяжёлом углероде карбоната Pseudolamarckina sp. Расчёт палео-температур формирования их раковин по известным формулам [5, 9] даёт результаты, равные 21—22 °С, для Pseudolamarckina sp. расчет, выполненный по формуле для арагонита, дает 25 °С [10]. Медианное значение 518O карбоната L. infravolgaensis существенно ниже, чем у первых трёх видов. Температура, рассчитанная по этому значению, равна 27 °С.
Можно полагать, что неоднозначные показатели температуры
вод, рассчитанные по 5180 карбоната фораминифер, могут отражать приуроченность их экологических ниш к различным по температуре зонам палеобассейна или, возможно, некоторую сезонную вариативность пика развития биомассы данного вида. Изотопная неоднородность различных видов фораминифер по значениям 513С может быть связана с влиянием углеродного субстрата, сдвигающего значения 513С морского карбоната. Например, обитание разных видов фораминифер на разных уровнях осадка (на его поверхности или внутри субстрата) и соответственно потребление гидрокарбоната обусловлено различной стадией разложения органического вещества в осадке [4] либо обитанием в зонах палеобассейна с преиму-
щественным поступлением изотопно-дифференцированного исходного для карбоната органического вещества в виде микрофитопланктона [11, 12].
Мы предполагаем, что результаты исследований изотопии углерода и кислорода верхнеюрских фораминифер, показывающие аномальные значения палеотемпера-туры морской воды и вмещающего осадка, свидетельствуют о некоторых особенностях палеоэкологии и образа жизнедеятельности рассматриваемых таксонов. В первую очередь это связано с расположением устья раковины и, соответственно, с источниками питания для поддержания жизнедеятельности и роста организма. Фораминиферы с арагони-товым скелетом (Ceratobuliminidae)
Рис. 4. Зависимость изотопного состава углерода от отношения Mg/Ca раковин
фораминифер
имели устье, расположенное снизу раковины, питались со дна и/или имели другую экологическую нишу в отличие от Lagenidae с верхним положением устья. Последние с каль-цитовым скелетом, вероятно, питались из других источников (планктон, оседающий на дно водоема — детритофаги?) или обитали в толще осадка (карбонатного «ила»?), нежели сестонофаги. В итоге можно допустить, что фораминиферы Lagenidae ввиду их размера и других свойств проблематично использовать для расчетов температуры древних морских бассейнов.
Карбонатная раковина фора-минифер образована кальцитом или арагонитом. Вероятно, часть позиций кальция в кальците может быть изоморфно замещена магнием. Для исследования элементного состава мы использовали данные, полученные методом микрозондового анализа. Изучение элементного состава проводилось по трём участкам поверхности каждой раковины (рис. 2). Установлено, что раковины исследованных таксонов содержат в целом мало магния — не более 0.025 от кальция по атомному отношению. При этом волжские (J3v) фораминиферы рода Pseudolamarckina в отличие от одновозрастных лагенид при формировании раковин не утилизировали магний (Mg), что, вероятно, связано с изначально арагонитовым составом раковин, или с другим способом формирования раковины, или с разными нишами в среде обитания. Фораминиферы L. infravolgaensis показывают наименьший разброс значений соотношения Ca/Mg (atom), что может быть связано с их относительно массивной раковинкой по сравнению с остальными исследованными лагенидами.
Несмотря на некоторую условность (исследовались разные экземпляры раковин фораминифер), нами обнаружена корреляция между значением 813C и отношением Mg/Ca для раковин из одного местонахождения (рис. 4). Повышение содержания магния в раковине сопровождается облегчением углерода, что может указывать [8]:
— на изменение палеосолености бассейна;
— изменение палеотемпературы бассейна;
— другие факторы.
Такая зависимость выявлена пока только при рассмотрении немногих полученных данных, то есть по четырем изученным таксонам.
Заключение
Фораминиферы разных семейств из верхнеюрских отложений обитали в разных экологических нишах. Это подтверждается как результатами изотопного анализа (813C, S18O), так и исследованием атомного соотношения Mg/Ca. Для представителей семейства Ceratobuliminidae характерно присутствие более тяжелого углерода по сравнению с раковинами Lagenidae. Раковины Lagenidae занимают одно более широкое изотопное поле относительно лёгкого углерода. Мы считаем, что причиной этих различий является то, что форамниферы Ceratobuliminidae обитали на поверхности осадка и ассимилировали минеральный углерод морской воды. Lagenidae жили в толще осадка, где присутствовал минеральный углерод, выделяющийся при деструкции изотопно более лёгкого органического вещества. Эти данные согласуются с морфологией раковин, определяемой образом жизни исследуемых фораминифер.
Авторы выражают благодарность И. В. Смолевой, С. С. Шевчуку и В. Н. Филлипову за изотопные и ми-крозондовые исследования, а также за фотоизображения образцов форами-нифер.
Исследования выполнены при поддержке программ фундаментальных исследований УрО РАН № 12-У-5-1027 и 12-П-5-1011.
Литература
1. Ветошкина О. С., Лыюров С. В., Бушнев Д. А. Изотопный состав углерода и кислорода юрских фораминифер в бассейне р. Унжа // ДАН. 2014. Т. 454. № 1. С. 73—76. 2. Ветошкина О. С.,
Лыюров С. В., Бушнев Д. А. Углерод-кислородная изотопия верхнеюрских фораминифер Saracenaria pravoslavlevi как показатель условий седиментации // Вестник ИГ Коми НЦ. 2013. № 10. C. 7—11. 3. Галимов Э. М. Геохимия изотопов углерода. М.: Недра, 1968. 224 с. 4. Галимов Э. М. Природа биологического фракционирования изотопов. М.: Наука, 1981. 247 с. 5. Захаров В. А., Боден Ф, Дзюба О. С. и др. Изотопные и палеоэкологические свидетельства высоких палеотемператур в кимерид-же Приполярного Урала // Геология и геофизика. 2005. Т. 46. № 1. C. 3—20.
6. Основы палеонтологии. Общая часть. Простейшие / Отв. ред. Д. М. Раузер-Черноусова, А. В. Фурсенко. М.: Изд-во АН СССР, 1959. 482 с.
7. Щепетова Е. В. Седиментология и геохимия углеродистых толщ верхней юры и нижнего мела Русской плиты // Автореф. дис. ... канд. г.-м. наук. М.: ГИН РАН, 2010. 28 с. 8. Юдович Я. Э, Кетрис М. П. Геохимические индикаторы литогенеза (литологиче-ская геохимия). Сыктывкар: Геопринт, 2011. 742 с. 9. Anderson T. F, Arthur M. A. Stable isotopes of oxygen and carbon and their application to sedimento -logic and environmental problems. In: Arthur M. A., Anderson T. F., Kaplan I. R., Veizer J., Land L. S. (Eds.), Stable Isotopes in Sedimentary Geology. SEPM Short Course, 1983. V. 10, pp. 1—151. 10. Grossman, E. L., Ku, T.-L. Oxygen and carbon isotope fractionation in biogenic aragonite: temperature effects. Chem. Geol. 1986, 59: 59—74. 11. Irwin H, Curtis Ch. D., Coleman M. Isotopic evidence for source of diagenetic carbonates formed during burial of organic rich sediments // Nature, 1977. Vol. 269. P. 209—213. 12. Irwin, H. Early diagenetic carbonate precipitation and pore-fluid migration in the Kimmeridge Clay of Dorset, England // Sedimentology, 1980. Vol. 27. P. 577— 591. 13. Wendler I, Huber B. T, MacLeod K. G., Wendler J. E. Stable oxygen and carbon systematics of exquisitely preserved Turonian foraminifera from Tansania — Understanding isotopic signature in fossils. In Marine Micropaleontology 102, 2013. pp. 1-33.
Рецензент доктор геологии Пээп Мянник
